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如圖一所示是由吉林大學(xué)朱廣山和裘式綸課題組在973項(xiàng)目“有機(jī)分子基框架多孔材料的前沿研究”（2012CB821700）資助下，完成并報(bào)道的一例新型POF材料，其結(jié)構(gòu)完全由苯環(huán)組成，因此這類(lèi)材料又被命名為多孔芳香骨架材料（PAF）。合成該材料的有機(jī)基塊是對(duì)稱(chēng)的四溴四苯甲烷，可以看作是正四面體形的四節(jié)點(diǎn)。通過(guò)偶聯(lián)反應(yīng)，兩個(gè)有機(jī)基塊脫掉溴后可以互相連接，每個(gè)有機(jī)基塊和另外的四個(gè)有機(jī)基塊相連，可以形成類(lèi)似于金剛石的框架結(jié)構(gòu)。

圖一   POF材料的設(shè)計(jì)合成和模擬結(jié)構(gòu)示意圖

POF的結(jié)構(gòu)。POF的結(jié)構(gòu)可以是晶態(tài)的，也可以是無(wú)序的，這和合成它們的聚合反應(yīng)的選擇有很大的關(guān)系。由于合成POF結(jié)構(gòu)的有機(jī)基塊多會(huì)選擇對(duì)稱(chēng)性較高、剛性的小分子，一般認(rèn)為，就算是對(duì)于無(wú)序的結(jié)構(gòu)，有機(jī)基塊還是會(huì)按照一定的連接方式聚合，從而在微觀尺寸上形成理想的規(guī)則的結(jié)構(gòu)。

POF具有有序的微孔結(jié)構(gòu)。POF的微孔結(jié)構(gòu)可以通過(guò)材料對(duì)氮?dú)獾确肿幼鳛樘结樀奈叫袨榈臏y(cè)試來(lái)研究。研究顯示，POF一般具有尺寸分布很小的微孔結(jié)構(gòu)，也側(cè)面說(shuō)明了POF結(jié)構(gòu)微觀尺寸上的規(guī)則性。而有序單一的微孔結(jié)構(gòu)對(duì)于氣體存儲(chǔ)、小分子分離、催化劑等的擔(dān)載以及主客體化學(xué)的應(yīng)用和研究都有很大的意義。

POF的內(nèi)表面積很大。材料的內(nèi)表面積也是通過(guò)氮?dú)獾确肿幼鳛樘结榿?lái)測(cè)試的，可以一定程度上衡量多孔材料吸附小分子的能力。POF材料的內(nèi)表面積通常在每克1000平方米以上，高于傳統(tǒng)的微孔材料沸石分子篩。而PAF-1的內(nèi)表面積達(dá)到每克5600平方米，甚至可以和晶態(tài)微孔材料MOF中的佼佼者媲美。

POF的微孔結(jié)構(gòu)具有可調(diào)控、可修飾性。鑒于POF的結(jié)構(gòu)完全由有機(jī)基塊組成，依托于現(xiàn)在發(fā)展出的具有很高的定向性的有機(jī)合成技術(shù)，可以有效的對(duì)POF的微孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行大小和形狀的調(diào)控以及功能的修飾。例如：使用結(jié)構(gòu)相似、尺寸較大的有機(jī)基塊可以得到孔道尺寸更大的同系列化合物；使用帶有某些功能基團(tuán)的有機(jī)基塊可以將功能性引入到POF的孔道中。

POF具有很高的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是材料在應(yīng)用過(guò)程中必須面對(duì)的問(wèn)題，而多孔材料因?yàn)槠淇諘绲慕Y(jié)構(gòu)很容易導(dǎo)致穩(wěn)定性的下降。POF的一個(gè)特點(diǎn)就是其具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，這源于POF的框架都是通過(guò)結(jié)合力很強(qiáng)的共價(jià)鍵連接的。例如：PAF-1的熱穩(wěn)定性超過(guò)500攝氏度，在沸水、常見(jiàn)有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸中也可以穩(wěn)定的保持完整的微孔結(jié)構(gòu)。

總結(jié)

綜上所述，POF材料完全由有機(jī)部分組成，其結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)一定程度的設(shè)計(jì)合成，強(qiáng)大的有機(jī)合成技術(shù)的支持還允許對(duì)POF材料的微孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控和修飾。共價(jià)鍵還為POF材料提供了很高的穩(wěn)定性，非常有利于POF材料在其他領(lǐng)域和實(shí)際環(huán)境下的應(yīng)用。因此，POF材料的出現(xiàn)為多孔材料的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。

目前，POF由于發(fā)展時(shí)間尚短，未來(lái)要進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)甚至人們的生活中，還存在一些局限性，例如：成本較高、合成步驟較長(zhǎng)等。因此，POF的發(fā)展不僅需要多孔材料的研究人員對(duì)其結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的不斷開(kāi)發(fā)，還需要具有有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、材料化學(xué)、物理化學(xué)、理論化學(xué)等領(lǐng)域的研究人員的積極參與，真正的實(shí)現(xiàn)POF材料的價(jià)值，從而改變我們的生活。

參考文獻(xiàn)：

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